Методические указания. Работа лопастных насосов основана на силовом взаимодействии лопастей с обтекающим их потоком

Работа лопастных насосов основана на силовом взаимодействии лопастей с обтекающим их потоком. При вращении рабочего колеса в потоке жидкости возникает разность давлений по обе стороны каждой лопатки (подъемная сила). Силы давления лопастей на поток создают вынужденное вращательное и поступательное движение жидкости, увеличивая её давление и скоростной напор, т. е. механическую энергию.

Приращение энергии потока жидкости в лопастном колесе (напор насоса) зависит от сочетания скоростей протекания потока, частоты вращения колеса, его размеров, формы лопаток, т. е. от сочетания конструкции, размеров, частоты вращения и подачи насосов. Таким образом, главная особенность и отличие лопастных насосов от объемных состоят в том, что напор и подача у этих насосов взаимосвязаны, а подача непрерывна.

Созданная еще в середине XVIII в. Л. Эйлером приближенная струйная теория лопастных машин до настоящего времени является основой для их расчета. Сложность гидродинамических -явлений которые возникают при протекании жидкости в рабочих органах насоса, привела к теоретической модели идеального рабочего колеса с бесконечным числом бесконечно тонких лопастей. На основе струйной теории Л. Эйлером получено основное уравнение лопастных насосов, дающее зависимость теоретического напора от треугольников скоростей на выходе и входе рабочего колеса. С целью удовлетворительного согласования теории с дан­ными опыта в формулу полезного (действительного) напора вводятся поправки на конечное число лопаток и на гидравлические потери. Следует обратить внимание на вывод основного уравне­ния, которое может быть получено из уравнения Бернулли для относительного движения или из теоремы моментов количества движения.

Различают теоретические и действительные характеристики лопастных насосов. Теоретические характеристики получаются в результате анализа основного уравнения лопастных насосов. Из-за сложности протекания жидкости через рабочие органы насоса точную взаимосвязь основных параметров работы насоса удается получить только экспериментально. В результате испытаний насосов получают их действительные характеристики — кри­вые зависимости напора, подачи, затраченной мощности, к. п. д. и частоты вращения насоса. Характеристики дают достаточно полное представление об эксплуатационных качествах насосов и позволяют решать вопросы, связанные с их эксплуатацией и проектированием.

Студенту необходимо уяснить методику получения рабочих и универсальных характеристик, их использование для определения оптимальных режимов работы действующих насосов, для выбора новых насосов, определения режимов совместной работы - на общую сеть, а также для определения условий работы при изменении частоты вращения и размеров насоса.

При создании новых образцов лопастных машин проводятся их лабораторные исследования и доводка на моделях. Для перехода от данных, полученных на моделях, к натурные насосам используется, общая теория гидродинамического подобия потоков в применении к лопастным машинам. Следует уяснить условия применимости теории подобия к лопастным насосам, а также усвоить формулы пересчета основных параметров насосов при изменении размеров и частоты вращения.

При проектировании насосов одни и те же значения подачи и напора могут быть получены в насосах с различной частотой вращения. При этом конструктивный тип рабочего колеса и всей проточной части насоса будет также различен. Для характеристики конструктивного типа насосов служит коэффициент быстроходности (удельная частота вращения); величина его определяет также область применения насосов. Студенту следует знать, по какой формуле вычисляется коэффициент быстроходности, на какие типы подразделяются лопастные насосы в зависимости oт его величины. Величина коэффициента быстроходности зависит не только от частоты вращения, но и от напора и подачи насоса. Поэтому не всегда насосы с большей частотой вращения имеют больший коэффициент быстроходности.

Отрицательное влияние на работу центробежных насосов оказывает кавитация, возникающая в результате снижения давления при входе жидкости на рабочее колесо центробежного насоса ни­же давления парообразования. Студент должен знать физическую сущность явления кавитации и меры, необходимые для этого вредного явления.

Необходимо знать и уметь пользоваться формулой для определения допустимой высоты всасывания центробежного насоса, определять кавитационный запас по формуле Руднева.

Литература: [1, с. 177-254]; [2, с. 228-269J; [4. с. 226 - 257]; [6, с. 184 —216]; [9, с. 141 — 186].

Вопросы для самопроверки

1. Начертите схему и объясните принцип действия односту­пенчатого центробежного насоса.

2. Приведите параллелограммы скоростей на входе и выходе из рабочего колеса и поясните их.

3. Напишите основное уравнение 'центробежных насосов Эйлера, поясните его вывод и физический смысл,

4. В чем заключаются соотношения подобия "(пропорциональ­ности) для лопастных машин? Для каких целей они применяются?

5. Что называется рабочей и универсальной характеристиками центробежных насосов?

6. На какие виды делятся лопастные насосы по быстроходности?

7. Как найти подачу и напор (рабочую точку) при работе одного и двух центробежных насосов на сеть? Приведите соответствующие графики и характеристики.

8. Что такое осевое давление, как оно возникает и каковы меры его устранения (уравновешивания)?

9. Какова физическая сущность явления кавитации в лопастных машинах?

10. Как влияет кавитация на работу центробежных насосов и каковы меры борьбы с ней?

11. Укажите методы регулирования подачи центробежных насосов и расскажите об их физической сущности.